次同步振蕩動態(tài)抑制器控制策略與工程應(yīng)用研究.pdf

1、隨著風(fēng)力發(fā)電等新能源的快速增長，大功率電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以復(fù)雜交直流系統(tǒng)為組成架構(gòu)的新能源電力系統(tǒng)逐漸形成。新能源電力系統(tǒng)的多源多變換特性使得次同步振蕩新問題不斷凸顯。為了解決新能源電力系統(tǒng)中存在的次同步振蕩新問題，本文基于電壓源換流器(Voltage Souce Converter, VSC)技術(shù)，提出了次同步振蕩動態(tài)抑制器（Subsynchronous Oscillation-Dynamic Suppressor, SSO-D

2、S）的新型抑制方法，開展了如下研究:
　　論文首先分析了我國電力系統(tǒng)中近年來出現(xiàn)的次同步振蕩若干新問題的產(chǎn)生機理。針對大型火電機群經(jīng)高壓直流輸電(High Voltage Direct Current Transmission，HVDC)與交流混合串聯(lián)補償線路送出系統(tǒng)的頻繁次同步振蕩(FrequentSubsynchronous Oscillation，F(xiàn)SSO)問題，提出了系統(tǒng)阻尼特性和基于強迫振蕩原理的軸系扭振響應(yīng)特性的綜合分

3、析方法，結(jié)果表明，在系統(tǒng)弱阻尼條件下，強制激勵與系統(tǒng)自由響應(yīng)的共同作用，是導(dǎo)致頻繁次同步振蕩出現(xiàn)的根本原因;針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補送出的次同步控制互作用(Subsynchronous Control Interaction，SSCI)問題，基于單機無窮大系統(tǒng)，采用特征值法分析了SSCI的產(chǎn)生機理，指出轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)子變流器電流內(nèi)環(huán)在次同步頻率下的負電阻效應(yīng)以及變流器有功功率的次同步調(diào)制作用是導(dǎo)致系統(tǒng)負阻尼的根本原因;分析了雙饋風(fēng)電場經(jīng)弱交流

4、系統(tǒng)并網(wǎng)情形下雙饋感應(yīng)發(fā)電機(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)與靜止同步補償器(Static Synchronous Compensators，STATCOM)的SSCI風(fēng)險，結(jié)果表明弱交流系統(tǒng)中電壓的次同步擾動分量有可能感應(yīng)到STATCOM控制器中，在STATCOM控制環(huán)節(jié)作用下形成不穩(wěn)定的閉環(huán)，導(dǎo)致SSCI的發(fā)生。上述機理分析結(jié)果不僅揭示了次同步振蕩新問題的產(chǎn)生機理，而且為次同步振蕩動態(tài)抑制

5、器的阻尼控制器設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
　　分析了SSO-DS的基本原理與運行特性。針對大型火電機組軸系次同步扭振問題，研究了SSO-DS的阻尼電流調(diào)制策略。在已有雙頻調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，提出了只發(fā)次同步電流或超同步電流的單頻調(diào)制策略，并對其關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計進行了分析;對具有不同分流特性的系統(tǒng)，提出了SSO-DS阻尼電流調(diào)制策略的優(yōu)化設(shè)計方法?；赑SCAD/EMTDC的時域仿真平臺，對不同的阻尼電流調(diào)制策略進行了對比分析，結(jié)果表明了SSO-D

6、S阻尼控制策略設(shè)計方法的有效性。
　　針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補送出系統(tǒng)中SSCI發(fā)生頻率范圍寬的特性，以及傳統(tǒng)抑制方法控制輸入信號提取困難，魯棒性差的不足，研究了相應(yīng)的SSO-DS阻尼控制策略?；诹魯?shù)分析方法，考慮不同串補度和風(fēng)速，確定了次同步阻尼控制器(Subsynchronous Damping Contoller, SDC)的最優(yōu)控制輸入信號及SDC接入VSC控制器的位置（d軸或q軸）;基于根軌跡分析確定了次同步振蕩模態(tài)正阻尼

7、的SDC增益范圍;最后，針對SDC有可能引起超同步模態(tài)失穩(wěn)的問題，提出了一種改進的設(shè)計方案，通過加入帶阻濾波器來消除超同步頻率分量的影響。采用時域仿真對控制策略和控制參數(shù)設(shè)計的有效性進行了驗證，結(jié)果表明所提出的SSO-DS阻尼控制策略能夠有效解決風(fēng)電場中的次同步振蕩問題。
　　將研發(fā)的10kV/20MVA SSO-DS裝置應(yīng)用于呼貝電廠?；诒疚奶岢龅淖枘犭娏髡{(diào)制方法，設(shè)計了其控制策略。采用實時數(shù)字-物理閉環(huán)仿真研究了其阻尼特性與